主墩无承台连续刚构桥的设计及基础施工

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摘要：常规的连续刚构桥主墩群桩基础几乎都采用低桩或高桩承台方案。在某些特殊情况下，如将常规的双肢薄壁主墩改为纵向双排圆柱式墩，取消承台，墩柱与桩直接连接，有可能是更有利的方案。由于取消了承台，简化了基础施工，缩短了工期，在深水或水位变幅较大的情况下，不仅效果显著，还降低了安全风险；当桥墩较矮时，由于取消了承台，墩柱与桩直接连结，降低了主墩的抗推刚度，对矮墩连续刚构受力有利。本文介绍两座主墩无承台连续刚构桥的设计及基础施工，具体参数可供相关设计人员参考。

关键词：连续刚构双排圆柱式墩深水基础矮墩抗推刚度主墩无承台

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

连续刚构桥的主桥墩当采用群桩基础时，几乎都采用低桩或高桩承台方案。如果桥墩处施工期水深较深，根据工程特点，桥位处水文与地质情况、施工条件、施工设备等实际情况，可能采用的施工方案主要有搭设钢管桩施工平台、浮式施工平台、钢板桩围堰、水中筑岛形成施工平台等几种。有时还需搭设施工栈桥或辅以驳船、运输船等。不论采用哪种施工方案，在群桩基础完成后，承台的施工都会增加施工难度和延长基础施工工期。当枯水期较短，汛期来的较早或施工期水位变化幅度较大时，承台施工还存在一定的安全风险。如果能取消承台，显然对施工很有利，工程造价也有所降低。

在某些特殊情况下，连续刚构采用较矮的主桥墩时，应采取必要的措施以克服由墩身抗推刚度大而引起的温度与混凝土收缩徐变产生的较大弯曲应力。可供选择的有效的设计、施工措施有多种、取消桩基顶部的承台是一种可行方案。

根据上述思路，我们于2011年～2012年设计了两座主墩无承台连续刚构桥。现两座大桥下部构造均已完工，正在进行上部构造施工。下面介绍两座桥的设计特点及基础施工方案。

2 两座大桥的设计及基础施工

2.1 贵州省九龙洞风景区仁家湾大桥

2.1.1 桥位概况

桥梁跨越铜仁市锦江。桥位处为九龙洞风景区。锦江为长江水系沅江左岸的一级支流。枯水时河面宽度约170m，最大水深11m，流量120m3/s。五年一遇洪水位与枯水位相差2.83m，河面宽达到200m。主河床表层为0～1.3m厚的淤泥和厚度约1.6m砂夹卵石层，以下为中风化钙质粉砂质泥岩，其饱和单轴抗压强度标准值frk=17.6MPa，承载力基本容许值[fao]=1500kpa。

2.1.2 主要技术标准

（1）设计荷载：公路-Ⅱ级；人群荷载：2.8kN/m2；

（2）桥面净宽：净6.5m+2×1.0m（人行道）+2×0.25（栏杆），全宽9.0m；

（3）设计洪水频率：1/100；

（4）设计使用年限：100年（主体结构）；

（5）抗震设防烈度：Ⅵ度；设计基本地震加速度值0.05g（g为重力加速度）；

（6）河道通航等级：Ⅵ(2)级双向通航。

2.1.3 结构设计

（1）桥型与孔跨布置

50+90+50m预应力混凝土连续刚构。桥梁全长200.5m，桥梁位于直线上，桥面纵坡0.3%，桥面横坡双向1.5%。桥型布置图见图1。

图1 仁家湾大桥桥型布置图

（2）上部构造

1号、2号主桥墩每个T构纵向对称划分为12个对称梁段，边跨现浇段长392cm，边中跨合龙段长度均为200cm。悬臂浇筑梁段总长41.5m，最大梁段重量92.3t，挂篮设计自重要求不大于40t。

箱梁为双向预应力混凝土结构。采用单箱单室截面，顶面全宽900cm，底面全宽450cm。箱梁根部梁高560cm，现浇段与合龙段梁高210cm，悬臂浇筑的梁底下缘按1.8次抛物线变化。顶板厚度：除0号梁段为50cm外，其余为28cm，箱梁顶面设双向1.5%横坡。底板厚度：0号梁段为140cm，合龙段及现浇段为32cm。根部至合龙段按1.8次抛物线由57cm渐变至32cm。腹板厚度：0号至8号梁段为70cm，9号梁段由70cm渐变至50cm，10号梁段至12号梁段均为50cm，合龙段至现浇段由50cm渐变至100cm。0号梁段设置厚度为80cm的两道横隔板。在中跨合龙段附近的箱梁底板上设置加劲矮横肋，高度50cm，厚度35cm。共设置8道。

纵向预应力束采用标准强度为1860MPa直径为15.2mm的钢绞线；竖向预应力筋及0号梁段横隔板横向预应力采用标准强度为785MPa直径为32mm的精轧螺纹钢筋。

（3）下部构造

施工水位（枯水位）时，1号、2号桥墩处水深为10m。桥位处为风景区，从环保和施工工期考虑，排除了河中筑岛形成基础施工平台的施工方案。桥位上下游均有水电站，施工期水位变化较大，设置水下锚碇的条件也不具备，且施工难度较大，故放弃了浮式施工平台方案。最后采用钢管桩施工平台方案。为了钻机、施工设备等从岸上运到墩位处，还需搭设施工栈桥，通过约30t重的载重汽车，采用打入钢管桩作为栈桥的临时支撑。所以主墩桩基的施工工期十分紧迫，存在一定的风险。经过深入分析研究后，确定采用一种新的桥墩结构形式，即桥墩墩身不用一般连续刚构常用的双肢薄壁墩身配合承台桩基础的形式，改用纵向双排圆柱式墩身，且圆柱墩身与桩直接连接，取消承台。桥墩构造尺寸见图2。

图2 仁家湾大桥桥墩构造图

1号、2号桥墩为双排4柱式圆柱墩身，柱径160cm，墩柱与直径160cm钻孔灌注桩直接连接，无承台。柱顶与主梁固结，桩端嵌入中风化基岩650cm，要求持力层岩体饱和单轴抗压强度标准值不小于17MPa。柱桩总长度28m。顺桥向柱桩中距340cm。在施工水位之上沿横桥向双柱之间设置横系梁，为矩形截面，高160cm，宽100cm。横系梁底以上墩柱高度7.1m（1号墩）和7.37m（2号墩）。横系梁底面以下桩长20.9m（1号墩）和20.63m（2号墩）。墩柱及桩基采用C40混凝土。柱、桩竖向主筋从下至上贯通布置，按最不利受力计算控制，配筋率为1.44%。

施工水位以上的墩柱表层紧贴箍筋表面布置防裂钢筋网，采用标准强度为CRB550 D6的冷轧带肋钢筋焊网，网眼10×10cm。

2.1.4 桥墩基础施工方案

在桥墩下游一侧搭设连接两岸的栈桥作为施工通道。先用振动打桩锤将Φ600×10mm钢管打入河床，作为栈桥的支承立柱。钢管桩之上安装横梁，其上沿纵向安装贝雷梁。立柱纵向间距（即跨度）根据施工期通行的载重车辆吨位确定，贝雷梁之上安装桥面板。栈桥全宽10m。实际施工时，栈桥通行30t车辆，钢管立柱的纵向跨度为6m。

在墩位处另行打入钢管，配合型钢加固支撑，设置纵、横平联形成桩基施工平台。施工采用的主要设备为20t吊车，载重汽车、振动打桩锤等。

施工单位从2012年10月进场，至2012年2月底，在一个枯水期内，已完成全部下部构造的施工，达到预期目的。

2.2 贵州省铜仁市东门大桥

2.2.1 桥位概况

大桥位于铜仁市梵净山大道至北门道路上，是铜仁市城市道路的重要组成部分，也是跨越十里锦江风景区的重要桥梁。桥位处枯水位时水面宽度约145m，最大水深5m。桥位下游有水电站，对施工期水位有一定影响。河床表层为砂卵石层厚度约5m，以下为强风化白云岩和中风化白云岩，后者饱和单轴抗压强度标准值frk=20MPa。

2.2.2 主要技术指标

（1）汽车荷载：公路-Ⅰ级；人群荷载：3.5kN/m2；

（2）桥面净宽：3m（人行道）+11.75m（车行道）+0.5m(双黄线) +11.75m（车行道）+3m（人行道），全宽30m；分为左、右分离的两幅。

（3）设计使用年限：100年(主体结构)；

（4）通航等级：Ⅵ(2)级，双向通航，最高通航水位重现期5年。

（5）设计洪水频率：1/50(按1/100验算桥梁结构)；

（6）抗震设防烈度：6度，设计基本地震加速度值0.05g，抗震设防措施等级7级。

2.2.3 结构设计

（1）桥型与孔跨布置

45+80+45m预应力混凝土连续刚构。桥梁全长187m，桥梁位于直线上，桥面纵坡双向0.5%，桥面横坡双向2%。桥型布置图见图3。

图3 东门大桥桥型布置图

（2）上部构造

1号、2号主桥墩每个T构纵向对称划分为11个对称梁段，边跨现浇段长400cm，边中跨合龙段长度均为200cm。悬臂浇筑梁段总长36.3m，最大梁段重量131.4t，挂篮设计自重要求不大于60t。

箱梁为三向预应力混凝土结构。单幅桥采用单箱单室截面，顶面全宽1500cm，底面全宽750cm。箱梁根部梁高480cm，现浇段与合龙段梁高220cm，悬臂浇筑的梁底下缘按2.0次抛物线变化。顶板厚度：除0号梁段为50cm外，其余为28cm。底板厚度：0号梁段为100cm，合龙段及现浇段为32cm。根部至合龙段按2次抛物线由65cm渐变至32cm。腹板厚度：0号梁段为100cm，1号梁段由100cm渐变至80cm，2号至6号梁为80cm，7号梁段由80cm变化至60cm，8号～11号梁为60cm，合龙段至现浇段由60cm渐变至100cm。在中跨合龙段附近的箱梁底板上设置加劲矮横肋，高度50cm，厚度35cm。共设置8道。

箱梁纵向钢束与顶板横向钢束均采用标准强度为1860MPa直径为15.2mm的钢绞线；竖向预应力筋采用标准强度为785MPa直径为32mm的精轧螺纹钢筋。

（3）下部构造

枯水位时，1号墩处水深2m，2号墩处水深4m。桥墩基础为群桩，由于水深较小，从方便施工考虑，设计建议采用河中筑岛形成施工平台的方案。原设计桥墩为双肢薄壁墩实体矩形截面墩身，通过承台与群桩连接。但施工过程中出现新的不利情况，施工期实际水位比原拟定的施工水位高出了3m左右，如仍按桥墩原设计方案实施，风险大，施工安全难以保证，汛期前很难完成基础工程。最后通过会议研究确定，将桥墩基础设计方案改为墩柱与桩基直接相接，取消承台的方案。设计要点如下。

将双肢薄壁墩矩形截面墩身变更为4柱式墩身，柱直径200cm，纵向中距580cm，横向中距600cm。墩柱与桩基直接连接。桩直径220cm，大于柱直径20cm，以便消化施工误差。桩顶以上墩柱高度700cm，桩长为2200cm(1号墩) 和2450cm(2号墩)。要求桩端嵌入中风化白云岩不小于6.6m，持力层岩体饱和单轴抗压强度标准值不小于18MPa。沿横桥向在两墩柱之间设置横系梁，矩形截面，高200cm，宽160cm。桥墩构造尺寸图见图4。

图4 东门大桥桥墩构造图

2.2.4 桥墩基础施工方案

在桥墩位置筑岛形成施工平台，根据施工期实际可能发生的最高水位确定平台的顶面高程，在岛上进行钻孔灌注桩施工。因筑岛填土密实度较差，桩基成孔过程中为防止孔壁坍塌，用钢护筒跟进。由于取消了承台，基础施工工期大大缩短，按预期工期提前完成。

3 结构计算

结构计算模型包括了上部箱梁、墩身和桩基，按m法计入桩周土的弹性抗力的影响。分别进行了施工中最大双悬臂状态、成桥状态、箱梁横向和桥墩桩基计算。计算中考虑的荷载及作用包括：结构自重、基础变位、预应力荷载、均匀升降温、温度梯度正反温差、挂篮荷载、施工荷载、活载、汽车制动力、二期恒载、横桥及顺桥向风荷载、横桥及顺桥向船舶撞击力。计算结果均满足规范要求。

4 结束语

上述两座大桥的设计、施工实践说明，在某些特殊情况下，对于连续刚构桥，将常规的双肢薄壁主墩群桩基础改为纵向双排圆柱式墩，取消承台，墩柱与桩直接连结，是更有利的方案。主要优点是：由于取消了承台，简化了基础施工，缩短了工期，在深水或水位变幅较大的情况下，不仅效果显著，还降低了安全风险；当桥墩较矮时，由于取消了承台，墩柱与桩直接连结，降低了主墩的抗推刚度，对矮墩连续刚构桥受力有利。

参考文献

九龙洞风景区仁家湾大桥施工图设计 中交公路规划设计院有限公司 2011年11月

铜仁市东门大桥施工图设计 中交公路规划设计院有限公司 2012年6月

广西河口大桥主桥设计特点 叶亚平 宋桂峰 2004年全国桥梁学术讨论会论文集

桥梁工程(上册) 范立础主编 人民交通出版社 2001年11月第1版

公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50-2011